(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性領域（５）を備える太陽電池（１）を製造するための、ウェハ表面を有する単結晶または多結晶の半導体ウェハを設ける工程と、
上記基板表面内に、少なくとも１つの窪み（２１、３１）を、レーザ照射を用いて生成し、ウェハ表面に半導体材料の熱影響領域（１１）を形成する工程とを有し、
上記少なくとも１つの窪み（２１、３１）は、太陽電池（１）を刻印するためのマーキング（２、３）を形成し、上記窪み（２１、３１）を生成する工程を、太陽電池製造プロセスを実施する前に行い、
上記窪み（２１、３１）の領域内のウェハ表面における熱影響領域（１１）が、完全に除去され、半導体表面の単結晶または多結晶のマイクロ構造が窪み内に生じるように、エッチングを行う太陽電池マーキング方法において、
上記ウェハ表面上にマーキング（２、３）を、マーキング（２、３）が半導体ウェハから成る太陽電池（１）の活性領域（５）内に存在するように配置することを特徴とする、太陽電池マーキング方法。
【請求項２】
上記エッチングのステップは、上記窪みの領域内のウェハ表面を、外部よりも速いエッチング速度でエッチングするように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池マーキング方法。
【請求項３】
上記エッチングのステップは、マーキング（２、３）を有するウェハ表面を、追加的にテクスチャ化することを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽電池マーキング方法。
【請求項４】
上記少なくとも１つの窪み（２１、３１）は、レーザ除去法によって、８μｍよりも深い深度に生成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池マーキング方法。
【請求項５】
上記窪み（２１、３１）を生成する際の、上記少なくとも１つの窪み（２１、３１）の深度と直径との比率は、１：１２以上であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池マーキング方法。
【請求項６】
上記太陽電池製造プロセスは、
上記マーキング（２、３）を有するウェハ表面上に、広範囲のＰＮ接合を生成する工程と、
上記マーキング（２、３）を有するウェハ表面上に、反射防止層を堆積させる工程と、
上記マーキング（２、３）を有するウェハ表面上に、金属含有のペーストを、導体配線（４）を有する金属性の電極グリッドの形に成長させ、乾燥させ、および、焼き付ける工程とを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池マーキング方法。
【請求項７】
光発電の活性領域（５）を有すると共に、レーザ除去法によって生成された窪み（２１、３１）から成るマーキング（２、３）を含む太陽電池（１）において、
上記太陽電池（１）は、ウェハ表面を有する単結晶または多結晶の半導体ウェハから製造され、上記マーキング（２、３）は、上記太陽電池の活性領域（５）の領域内のウェハ表面内に形成され、上記窪みの内部の半導体材料の境界領域は、レーザエネルギーの印加によっては影響を受けていない、ＰＮ接合を有する多結晶または単結晶のマイクロ構造を有していることを特徴とする、太陽電池。
【請求項８】
上記少なくとも１つの窪み（２１、３１）の内部のウェハ表面は、テクスチャ化されて形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
上記少なくとも１つの窪み（２１、３１）は、８μｍよりも深い深度に、形成されていることを特徴とする、請求項７または８に記載の太陽電池。
【請求項１０】
上記少なくとも１つの窪み（２１、３１）は、上記少なくとも１つの窪み（２１、３１）の深度と直径との比率が、１：１２以上であるように、形成されていることを特徴とする、請求項７から９のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１１】
上記マーキング（２、３）が存在する半導体ウェハの面上にある広範囲のＰＮ接合と、
上記マーキング（２、３）を有するウェハ表面上にある反射防止層と、
上記マーキング（２、３）を有するウェハ表面上にある、複数の導体配線（４）を有する金属性の電極グリッドとを含み、
上記導体配線（４）は、マーキング（２、３）に対して離間されて伸びている、請求項７から１０のいずれか１項に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に係る太陽電池マーキング方法、および、請求項１７の上位概念に係る太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＰ１０８９３４６Ａ２により、最初に、活性領域を備える太陽電池を製造するために、基板表面を有する基板を設け、その後、該基板表面に、レーザ照射を用いて少なくとも１つの窪みを生成する、太陽電池マーキング方法が知られている。この少なくとも１つの窪みは、上記太陽電池を刻印するためのマーキングを形成する。この窪みの生成は、太陽電池製造プロセスを実施する前、または、太陽電池製造プロセスを実施している間に行われる。しかしながら、この太陽電池マーキング方法は、いわゆる薄膜太陽電池モジュールを用いるために最適化されたものである。上記薄膜太陽電池モジュールは、多数の薄膜太陽電池を含み、該多数の薄膜太陽電池は、モノリシックに直列に接続されている。上記薄膜太陽電池は、ガラス板として形成された基板上に堆積されている。レーザ照射によって刻印されたマーキングが、薄膜太陽電池の動作形態を阻害しないように、該マーキングは、太陽電池モジュールの発電に貢献しない、上記ガラス板の端部領域に配置されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、端部領域は太陽電池の発電には貢献しないので、該端部領域を可能な限り小さく形成することが望ましい。
【０００４】
本発明の目的は、太陽電池の発電に貢献しない端部領域を最小限に抑えることが可能な、容易な太陽電池マーキング方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を、請求項１の特徴を有する太陽電池マーキング方法によって達成する。
【０００６】
本発明では、基板を、ウェハ表面を備える半導体ウェハとして形成し、該ウェハ表面上では、マーキングを、該マーキングが半導体ウェハから成る太陽電池の活性領域内に存在するように配置する。
【０００７】
半導体ウェハを基板として用いることによって、基板表面上に生成される太陽電池の活性領域を、該基板の縁の直前まで最大化することが可能である。半導体ウェハ太陽電池の製造では、薄膜太陽電池モジュールとは異なるプロセスステップによって、マーキングを太陽電池の活性化領域内に配置することが可能である。ここでは、マーキングを、レーザ照射によって生成され、ウェハ表面内に形成される少なくとも１つの窪みの形に製造する。
【０００８】
上記半導体ウェハ太陽電池の製造工程のどのプロセス段階で、マーキングがウェハ表面内に形成されるかに応じて、この製造プロセスを、該マーキングの読み取りによって、異なる段階までさかのぼって追跡することが可能である。
【０００９】
半導体ウェハとしては、多結晶または単結晶の材料、特に、天然シリコン、および、ゲルマニウム、並びに、他のウェハとして公知の半導体材料が考えられる。同様に、ストリングリボン法によって製造された半導体ウェハを用いることも想定可能である。
【００１０】
上記マーキングの読み取りは太陽電池製造プロセスの最後に行うことが好ましいが、該プロセスの間の個々の部分ステップ間に行ってもよい。これは、上記太陽電池の次の処理、例えば太陽電池モジュールを製造するための処理にも当てはまる。該太陽電池モジュール内に配置される太陽電池では、その活性領域は、入射する光線が可能な限り良好に到達するように方向付けられている。これによって、各太陽電池モジュール内の太陽電池のマーキングは、光学画像生成器によって処理される読み取り装置によって容易に読み取り可能であるという副次的効果が得られる。このため、太陽電池モジュール内の太陽電池を、その製品寿命の全体に亘って長期間追跡することが可能になる。
【００１１】
上記方法は、１つの半導体ウェハ上に１つの太陽電池だけを製造する場合、および、１つの半導体ウェハ上に多数の太陽電池を製造する場合の両方に関連している。多数の太陽電池を製造する場合には、１つ以上のマーキングを生成することが可能である。
【００１２】
少なくとも１つの窪みは、該窪みによって形成されたマーキングが、全製造プロセスを実施した後も、光電子工学読み取り装置によって読み出し可能であるような深度を伴って生成されていることが好ましい。これによって、半導体ウェハ太陽電池の全製造プロセスを、全く同一の窪みによって、追跡することが可能になる。上記製造工程中のプロセスステップは、例えば層堆積法として、ウェハ表面上に材料を成長させるだけでなく、例えばエッチング法により、ウェハ表面から材料を除去することも可能である。厚さ（堆積時およびエッチング時の層厚）および材料変化が等方的であるかに応じて、且つ、用いられる読み取り装置側の要件を考慮して、上記窪みの深度は選択される。
【００１３】
上記方法の特に好ましい一変形例は、少なくとも１つの窪みを生成した後に、該窪みの領域内のウェハ表面において、エネルギー印加によって影響を受ける領域が完全に除去されるようにエッチングステップを行うことを特徴としている。窪みの生成時には、このウェハ表面の領域における半導体材料のマイクロ構造は、エネルギー印加によって影響を受ける。これによって、特に、太陽電池の機能にとって重要な尺度である電荷キャリアの寿命が、影響を受ける。エネルギー印加によって影響を受けるウェハ表面の領域を除去することによって、レーザ照射時のエネルギー印加に起因して上記太陽電池が阻害されることを、回避することが可能である。
【００１４】
エネルギー印加によって影響を受ける領域を除去するエッチングステップは、窪みの領域内のウェハ表面を、その外部よりも速いエッチング速度でエッチングするように構成されていることが好ましい。これによって、ウェハ表面の窪みの明確な形成をさらに助長することができる。
【００１５】
上記エッチングステップを、湿式化学バフ研磨法として、または、ドライエッチングステップ、特にプラズマエッチング法として行うことが有効である。ここでは、例えばマイクロシステム技術から公知の加工方法を用いて、ウェハ表面を制御しながら加工することが可能である。
【００１６】
上記製造方法の特に好ましい一変形例は、上記エッチングステップによって、マーキングを有するウェハ表面を追加的にテクスチャ化することである。該テクスチャ化とエネルギー印加によって影響を受ける領域の除去とを組み合わせることによって、上記製造方法を、効率よく用いることが可能である。
【００１７】
上記方法の好ましい実施形態は、少なくとも１つの窪みを、レーザ除去法によって、８μｍ以上の深度、好ましくは１２μｍ以上の深度、特に好ましくは１５μｍと３０μｍとの間の深度に生成することを特徴としている。
【００１８】
窪みの深度に対する上述のパラメータに関しては、窪みの生成工程における少なくとも１つの窪みの深度と直径との比率が、１：１２以上、好ましくは１：１０以上、および、特に好ましくは１：７から１：３までの領域である場合が有効である。丸い輪郭を有していない窪みの場合、本発明では、この直径の特徴は、窪みの対向しあう端部領域間の最小間隔であると理解できる。上述の比率によって、マーキングを、半導体ウェハ太陽電池の製造時の全プロセスステップを実施する間および実施した後に、現在一般的に用いられているマーキング用読み取り装置、例えば光学式文字認識（ＯＣＲ）用の光電子工学のスキャナによって確実に読み取ることが可能になる。
【００１９】
さらなる重要点は、マーキングを形成するために多数の窪みを用いる場合の各窪み間の間隔である。通常は、隣接する２つの窪み間の最小間隔に沿って、これら両方の窪みを互いに分離させるウェブが伸びている。マーキングの読み取りに必要なコントラストには、十分なウェブ幅が必要である。隣接し合う窪みは、約２０〜３０μｍの最小間隔を伴って形成される必要がある。この場合、これら窪み間の間隔は、レーザ照射に影響を受ける領域を除去する等方性エッチングステップによって、さらに縮小されることに留意されたい。これに反して、上記エッチングステップが異方的に形成されているならば、２つの窪み間の間隔は、ほぼ同一の状態を維持する。
【００２０】
好ましい一太陽電池マーキング方法では、上記太陽電池製造プロセスは、以下の工程を含む。つまり、マーキングを備えたウェハ表面に、例えば、ドーパント、特にリンによる熱拡散法を用いて、広範囲のＰＮ接合を生成する工程と、上記マーキングを備えたウェハ表面に、反射防止層を例えば窒化シリコンまたは二酸化チタンから成る薄膜の形に堆積させる工程と、活性領域を有すると共にマーキングを備えるウェハ表面に、金属含有のペーストを、導体配線を有する金属性の電極グリッド（フロントグリッド）の形に成長させ、乾燥させ、および、焼き付ける工程とである。上記ＰＮ接合の形成、または、上記電極グリッドの製造を、上述の実施形態とは異なる他の方法で実現してもよいことは明らかである。このようにして、１つの半導体ウェハ上に多数のＰＮ接合を形成するか、または、上記電極グリッドを、スクリーン印刷法の代わりに連続する層構造を有する層堆積法によって実現することも可能である。
【００２１】
上述の方法では、導体配線を、マーキングから離間して配置することが好ましい。こうすることによって、上記導体配線の製造時に、ウェハ表面に存在する複数の窪みが上記導体配線の電気導電性を阻害することは、回避される。
【００２２】
上記方法の好ましいさらなる一変形例において、導体配線について言えば、該導体配線は互いに等間隔に配置されている。
【００２３】
上記マーキング方法のさらなる一変形例において、導体配線の構造について言えば、マーキングは半導体ウェハの中央部に配置されており、導体配線は、第１の中央導体配線がウェハ表面の一側からマーキングに向かって伸び、第２の中央導体配線がウェハ表面の対向する側からマーキングに向かって伸びるように配置されている。この場合、上記第１の中央導体配線および上記第２の中央導体配線は、マーキングと接触する前に、互いに反対の方向に折れ曲がり、それぞれに隣接する導体配線に合流している。このようにして、マーキングを、隣接する２つの導体配線間の最大間隔よりも大きな幅を有する太陽電池の活性領域内に配置することが可能である。
【００２４】
マーキングは、好ましくは複数の窪みから形成され、データマトリクスコードまたはバーコードの形に形成されている。これら窪みは、原理上、任意の形、例えば点状または線状の形をしていることが可能である。このようにして、実地利用に即したマーキングシステムを、半導体ウェハ太陽電池に用いることが可能である。マーキングは、基本的には辺の長さが２ｍｍ×２ｍｍである１４×１４データマトリクスコードとして生成されていることが好ましい。
【００２５】
選択的または累積的に、マーキングを、数字および／または文字から成る多数の印を含む連続印として生成する。該連続印は、ＯＣＲ法によって読み取り可能である。この場合、該印は、約１ミリメートルの高さを有するように形成されている。
【００２６】
上記マーキング方法の好ましい一変形例は、ウェハ表面上に多数のマーキングを生成することを特徴とする。これによって半導体ウェハには、例えば様々なプロセス段階において、様々な情報を与えることが可能である。
【００２７】
本発明の目的を、さらに、請求項１７の特徴を有する太陽電池によって達成する。
【００２８】
本発明に従って、ウェハ表面を有する半導体ウェハから成る太陽電池を製造し、該太陽電池の活性領域の範囲内にあるウェハ表面に、マーキングを形成する。
【００２９】
半導体ウェハから成る太陽電池を基板として構成することによって、基板表面上に生成される太陽電池の活性領域を、該基板の縁の直前まで最大化することが可能である。半導体ウェハ太陽電池の製造では、薄膜太陽電池モジュールとは異なるプロセスステップによって、マーキングを太陽電池の活性領域内に配置することが可能になる。ここでは、マーキングを、レーザ照射によって生成され、ウェハ表面内に形成される少なくとも１つの窪みの形に形成する。
【００３０】
太陽電池は、少なくとも１つの窪みを含むことが好ましく、該少なくとも１つの窪みは、該窪みによって形成されたマーキングが、全太陽電池製造プロセスを実施した後にも、光電子工学の読み取り装置によって読み取り可能な深度を有している。これによって、半導体ウェハ太陽電池の全製造プロセスを、全く同一の窪みによって追跡することが可能である。この製造工程中のプロセスステップは、例えば層堆積法として、ウェハ表面に材料を成長させるだけでなく、例えばエッチング法により、ウェハ表面から材料を除去することも可能である。厚さ（堆積時およびエッチング時の層厚）および材料変化が等方的であるかに応じて、且つ、用いられる読み取り装置側の要件を考慮して、上記窪みの深度は形成される。
【００３１】
太陽電池は、少なくとも１つの窪みの内部において境界領域が、レーザエネルギー印加によってはほとんど影響を受けていない多結晶または単結晶のマイクロ構造を有するように形成されていることが好ましい。ウェハ表面の領域における半導体材料のマイクロ構造は、窪みの生成時に、エネルギー印加によって影響を受ける。これによって、特に、太陽電池の機能にとって重要な尺度である電荷キャリアの寿命が、影響を受ける。エネルギー印加によって影響を受けるウェハ表面の領域を除去することによって、少なくとも１つの窪みの内部の境界領域は、レーザ照射時のエネルギー印加によって影響を受けていない多結晶または単結晶の半導体として存在する。このように太陽電池の機能は、レーザ照射時のエネルギー印加によっては阻害されない。
【００３２】
太陽電池の好ましい一変形例では、少なくとも１つの窪みの内部のウェハ表面は、テクスチャ化されて形成されている。このテクスチャ化によって、太陽電池の効率を向上させることが可能であることが知られている。
【００３３】
太陽電池は、少なくとも１つの窪みを含むことが有効であり、該少なくとも１つの窪みは、８μｍよりも深い深度、好ましくは１２μｍよりも深い深度、特に好ましくは１５μｍ〜３０μｍの間の深度を有している。窪みの深度に関して、太陽電池にさらに有効であるのは、少なくとも１つの窪みの深度と直径との比率が、１：１２以上、好ましくは１：１０以上、および、特に好ましくは１：７〜１：３の間の領域であるように、少なくとも１つの窪みを形成することである。これによって、半導体ウェハ太陽電池の製造時の全プロセスステップを実施している間および実施した後に、マーキングは、現在通常用いられているマーキング用の読み取り装置、例えば光学式文字認識（ＯＣＲ）用光電子工学のスキャナによって確実に読み取り可能となる。
【００３４】
さらなる重要点は、マーキングを形成するために多数の窪みが設けられている場合の、各窪み間の間隔である。通常は、隣接しあう２つの窪み間の最小間隔に沿って、これら両方の窪みを互いに分離させるウェブが伸びている。マーキングの読み取りに必要なコントラストには、十分なウェブ幅が必要である。隣接しあう窪みは、約２０μｍ〜３０μｍの最小間隔を有した状態で形成されている必要がある。
【００３５】
太陽電池の好ましい一実施形態は、マーキングが存在する半導体ウェハの面にある広範囲のＰＮ接合と、マーキングを有するウェハ表面上にある反射防止層と、金属性の電極グリッド（フロントグリッド）とを含み、該電極グリッド（フロントグリッド）は、活性領域を備えると共にマーキングを有するウェハ表面上に、複数の導体配線を有する。ここでは、これら導体配線は、マーキングから離間されて伸びている。特に半導体ウェハ上のＰＮ接合の形態と配置に関しては、複数のさらなる変形例が存在することは明らかであろう。これらについては、ここでは説明しない。
【００３６】
１つの例としては、各太陽電池にマーキングが１つづつ備えられている。該マーキングは、太陽電池の活性領域内の正面の中央部に配置されたデータマトリクスコードの形をしている。この場合は、上記太陽電池のフロントグリッドは、太陽電池の中央部に向かって伸びるフロントグリッドの導体配線が、上記データマトリクスコードマーキングの周りを回っているように形成されていることになろう。
【００３７】
上記した太陽電池の好ましい実施形態の一変形例では、マーキングは、半導体ウェハの真中に配置されており、導体配線は、第１の中央導体配線がウェハ表面の一側からマーキングに向かって伸び、第２の中央導体配線がウェハ表面の対向する側からマーキングに向かって伸びるように配置されている。この場合、上記第１の中央導体配線および上記第２の中央導体配線は、マーキングに接触する前に、互いに反対の方向に折れ曲がり、それぞれに隣接する導体配線に合流している。このようにして、太陽電池の活性領域内に、隣接する２つの導体配線間の最大間隔よりも大きな幅を有するマーキングを設けることが可能である。
【００３８】
太陽電池のマーキングは、好ましくは複数の窪みから構成されると共に、連続した印の形、データマトリクスコードの形、または、バーコードの形に形成されている。これによって、長所および短所を有する、従来技術より公知の様々なマーキングシステムを、半導体ウェハ太陽電池に用いることが可能である。
【００３９】
太陽電池の有効な一変形例では、マーキングを、辺の長さが基本的には２ｍｍ×２ｍｍである１４×１４のデータマトリクスコードとして形成している。選択的または累積的に、マーキングを、数字および／または文字から成る多数の印を含む連続印として形成してもよく、上記連続印は、電子光学読み取り装置を用いて読み取り可能である。該印は、約１ミリメートルの高さを有するように形成されている。
【００４０】
太陽電池のさらなる一変形例は、ウェハ表面上の複数のマーキングによって形成されている。これによって、長所および短所を有する様々なマーキングシステムを、半導体ウェハ太陽電池に組み入れることが可能である。
【００４１】
さらに、実際のマーキングの寸法については、マーキングの刻印および読み取りにかかる時間が、太陽電池の製造時の処理量を低減させることがあってはならないということを顧慮する必要がある。マーキングは、その製造および読み取りに関して、インライン製造設備の太陽電池区域に典型的なサイクル時間の１．５ｓに適合するように、設計されている必要がある。これは、太陽電池マーキング方法およびマーキングを備える太陽電池のどちらにも当てはまる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明を、実施形態に基づいて、図面を参照しながら以下にさらに詳細に説明する。
【００４３】
図１は、太陽電池の第１の実施形態に係る活性領域５の一部を示す図である。
【００４４】
図２は、図１と比べて拡大した、太陽電池の第２の実施形態に係る活性領域５の一部を示す図である。
【００４５】
図３ａは、まだ加工されていない半導体ウェハの表面の、隣接して配置された３つの窪み２１を示す、縮尺比に合致していない概略的な断面図である。
【００４６】
図３ｂは、エッチングステップ後の、図３ａに係る隣接する３つの窪み２１を示す図である。
【００４７】
図３ｃは、ＰＮ接合を形成するためにドーパントを内向拡散させるステップの後の、図３ａに係る隣接する窪み２１を示す図である。
【００４８】
図３ｄは、図２に係る隣接する３つの窪みを、断面線ＩＩＩｄ−ＩＩＩｄに沿って切断した、縮尺比に合致していない概略的な断面図である。
【００４９】
図４は、図１〜図３ｄの記載に係る太陽電池を製造する方法ステップを、概略的に示す図である。
【００５０】
図１は、太陽電池１の活性領域５の一部を示す図である。太陽電池１は、ウェハ表面の活性領域５内に配置されたデータマトリクスコードマーキング２を有する。該マーキングは、各窪み２１から形成されている。太陽電池１は、多結晶または単結晶のシリコンウェハから製造されており、該シリコンウェハには、既に太陽電池１本来の製造プロセスの前に、窪み２１が、レーザ除去法によって生成されている。データマトリクスコードマーキング２は、隣接しあう多数の窪み２１を有している。各該窪みは、点の形をしており、２次元周期的に構成されたマトリクス構造に配置されている。ここでは、各窪み２１は、データマトリクスコードの各部分または各情報ユニットを構成している。
【００５１】
追加的に、データマトリクスコードマーキング２の下部には、太陽電池１のウェハ表面に形成された連続印３の形をしたマーキングが備えられている。連続印３は、太陽電池１の活性領域５の領域内に配置されている。この場合、連続印３は、数字の形をした窪み３１が組み合わされて形成されている。しかしながら、数字および任意の言語の文字を任意に組み合わせて用いることも、想定可能である。連続印３を形成している窪み３１は、データマトリクスコードマーキング２の窪み２１と同様に、太陽電池１本来の製造プロセスの前に、レーザ除去法によって、未処理のシリコンウェハ内のこれから形成する太陽電池１の活性領域５内にある位置に生成される。連続印３は、連続して隣接するように配置された窪み３１から成る。各窪み３１は、数字の形をしている。これら窪み３１は、例えば電子光学的に作用するＯＣＲ読み取り装置を用いて、自動的に読み取り可能であるように形成されていることが好ましい。一般的に、このようなＯＣＲマーキングは、人間によってまたは機械によって読み取り可能な、例えば文字または数字のような、任意の一連の印を有することが可能である。
【００５２】
太陽電池１は、その活性領域５内に、さらに、導体配線４、４ａ、４ｂ、４１ａ、４１ｂを有する。この基本的には互いに等間隔で配置され平行に伸びている導体配線４、４ａ、４ｂ、４１ａ、４１ｂは、太陽電池１のコンタクトのために機能しており、いわゆるフロントグリッド電極を形成している。図１の実施形態では、導体配線４ａ、４ｂ、４１ａ、４１ｂは、マーキング２に対して十分な間隔を有するように、データマトリクスコードマーキング２の領域内に配置されている。ここでは、データマトリクスコードマーキング２は、太陽電池１の中央部にあるその活性領域５の中に配置され、約２×２ｍｍ２の面積を覆っている。太陽電池１の活性領域５の真中を通って、２つの導体配線４１ａ、４１ｂが、データマトリクスコードマーキング２に伸び、データマトリクスコードマーキング２の前で、下方または反対の方向である上方に折れ曲がり、隣接する各導体配線４ａ、４ｂに合流している。このようにマーキング２、３の大きさが、隣接しあう２つの導体配線４間の間隔を超えて伸びていたとしても、データマトリクスコードマーキング２に対しての間隔は、十分に維持され得る。
【００５３】
図２は、図１と比べて拡大した、太陽電池１の第２の実施形態に係る活性領域５の一部を示す図である。太陽電池１は、データマトリクスコードマーキング２、および、同じくＯＣＲマーキングとして形成された連続印３を有している。この場合、マーキング２、３は、隣接しあう２つの導体配線４間の真中に配置されている。データマトリクスコードマーキング２は、点状の複数の窪み２１から成り、複数の窪み２１は、太陽電池１のウェハ表面上の活性領域５内に形成されて、マーキング２と共にデータマトリクスコードの形を形成している。連続印３は、数字として形成された各窪み３１を有し、各該窪みは、関連する、データマトリクスコードマーキング２の窪み２１よりも広範囲の凹部によって、太陽電池１のウェハ表面上の活性領域５内に形成されている。
【００５４】
データマトリクスコードマーキング２、および、連続印３は、太陽電池１を製造する半導体ウェハ本来のプロセスの前に、レーザを作用させることによって、ウェハ表面内に形成されている。基本的に、マーキング２、３の形成を、太陽電池１の製造工程の中のより遅い時点において行ってもよいことは想定可能である。マーキングが行われる製造プロセスの時点には関係なく、太陽電池１の活性領域５内のマーキング２、３の位置によって、マーキングは、太陽電池１を組み立てた後であっても、太陽電池モジュールにおいて良好に識別可能であり、従って容易に読み取り可能であることが保証される。
【００５５】
マーキングをウェハ表面に形成する工程が、太陽電池１の製造プロセスの早い段階であればあるほど、窪み２１、３１を、十分な深度と十分な直径とを有した状態で設けることが重要である。これは、後に続くプロセスステップ、例えばエッチングステップおよび堆積ステップが、窪み２１、３１の深度、直径、および、表面の光学的状態を変動させ、従って、マーキングの読み取りに重要なマーキング２、３の光学的コントラストに影響を与えるからである。
【００５６】
プロセスステップの具体的な形態に応じて、点状の各窪み２１、または、連続印３を形成している窪み３１は、後に続く太陽電池製造のためのプロセスステップによっても破損されず、または、ひどく阻害されない深度、つまり、特に機械的、例えばＯＣＲマーキング用の光電子工学の読み取り装置によって、依然として読み取り可能な深度に生成されている。
【００５７】
太陽電池製造プロセスの開始時に刻印するための好ましい寸法、例えば図３ａ〜３ｄに示した太陽電池１を製造するプロセスステップのための好ましい寸法については、以下に詳細に説明する。
【００５８】
図３ａは、未処理の半導体ウェハの表面上の、隣接して配置された３つの窪み２１を示す、縮尺比が合致していない概略的な断面図である。隣接し合う窪み２１は、それぞれ、ウェブ幅Ｓを有するウェブによって互いに離間されている。該ウェブ上では、半導体ウェハの切断に起因するウェハ表面の粗度が認識できる。３つの窪み２１の領域においては、ウェハ表面は、なめらかに形成されている。これは、この領域では、半導体材料が、レーザアブレーション時にそのマイクロ構造にエネルギーを印加することによって変化はするけれども、まだ蒸発していないか、または、直接的に昇華していないからである。レーザ光線をオフ状態にした後は、ウェハ表面には、そのマイクロ構造にエネルギーを印加することによって変化した半導体材料が残留する。この場合、半導体ウェハの破損されていない結晶性マイクロ構造とは反対に、エネルギー印加によって影響を受ける領域１１（「熱影響域」）が、該窪み内には残留する。レーザ照射のパルスエネルギー、パルス幅、および、強度プロファイル、並びに、用いる照射持続時間によって、窪み２１の幅Ｗおよび深度Ｃを、操作することが可能である。これらのパラメータによって、エネルギー印加によって影響を受ける領域１１の深度Ｚも影響を受ける。この深度Ｚは、窪みの側面の領域において、横方向に次第に少なくなっていくパルス強度に対応して、少なくなっている。
【００５９】
例えばレーザ照射時のエネルギー印加によって破損された結晶性のマイクロ構造を有する半導体と、レーザ照射時のエネルギー印加によって破損されていない結晶性のマイクロ構造を有する半導体とは、異なる電荷キャリアの寿命を有するので、多結晶または単結晶の半導体ウェハに基づく太陽電池の物理的なパラメータは、エネルギー印加によって影響を受ける領域１１から悪影響を受け得る。このため、エネルギー印加によって影響を受ける領域１１を、次に続くエッチングステップによって除去することが好ましい。
【００６０】
図３ｂは、等方性エッチングステップ、例えば湿式化学エッチングを行った後の、図３ａの図を示す図である。腐食剤の濃度、温度、および、作用時間によって、所望のエッチング深度Ｅを設定することが可能であり、これによって、半導体材料を、制御しながら除去することが可能である。エッチングされたウェブ幅Ｓ’は、ウェブ幅Ｓと比べて、ほぼエッチング深度Ｅの２倍分だけ少なく、エッチングされた窪み幅Ｗ’は、これに対応して、エッチング深度Ｅの２倍分だけ多いことが分かる。エッチングの形態が等方的であるために、窪みの深度Ｃはほぼ同一の状態に維持される。さらに上述の理由により、エッチング深度は、図３ａに示したエネルギー印加によって影響を受ける領域１１が窪み２１の領域において完全に除去されるように、設定されている。
【００６１】
上記エッチングステップを、湿式化学バフ研磨法に加えて、または、該バフ研磨法と同時に、ウェハ表面がいわゆるテクスチャを含むように行うことが有効である。これは、ここでは、サブミクロンメートルまたはミクロンメートルの領域の直径または間隔と、数ミクロンメートルであり得る深度を有する、クレーターの形または針形の構造である。
【００６２】
表面および境界面の目標とされるテクスチャは、通常の太陽電池では一般的且つ公知である。微細なテクスチャ構造は、その上に命中する光を多重反射させ、これによって、より多くの光が太陽電池内に結合されるか、または、結合された光が吸収構造物内で長く「捕獲」される。このようにして、最終的に、太陽電池の効率を向上させる。
【００６３】
図３ｃは、図３ｂの断面図を示す図である。図示した半導体ウェハの表面には、ＰＮ接合を生成するドーパントが導入されている。ドーピング深度Ｄは、例えば全表面に亘って、均一０．５μｍであり、ドーパントとしてリンを、熱処理によって、ｐ型導電性半導体ウェハの表面の中に内向拡散させる。このようにして、ｎ型導電性ドーピング領域１２を薄膜の形に形成する。
【００６４】
最後に、図３ｄは、隣接して配置された３つの窪み２１を、図２の切断線ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂに沿って切断した、縮尺比に合致していない概略的な断面を示す図である。図３ｃの図と異なり、ここでは、窒化シリコンから成るさらなる１つの反射防止層１３が付加されており、この反射防止層１３は、半導体ウェハの全表面に堆積されている。
【００６５】
窪み２１の生成には、市販のＮｄ：ＹＡＧレーザマーキングシステムが好適である。このシステムでは、波長１０６４ｎｍ、パルス幅２０〜５０ｎｓ、および、中程度のレーザ出力５〜３０Ｗによって、良好な半導体ウェハのマーキングを実現することが可能である。
【００６６】
最初に太陽電池の活性領域が形成される領域に形成されたマーキングを、後に続くプロセスステップによって処理するならば、これによって生じる寸法の変動および光学的な表面特徴の変動を、処理する窪みのマーキングを読み取る適性に関して、考慮する必要がある。
【００６７】
基本的に、太陽電池の活性領域の高吸収率はシステムに左右され、可視光が照射される場合に、活性領域内に配置されたマーキングの十分なコントラストの表示のための可視光には、反対に作用する。このため、窪みの幅を深度よりも極めて広く形成する必要があることは明らかである。１０〜３０μｍの深度、好ましくは２０μｍの深度では、次に続くエッチングステップの前には、直径は、１００μｍになることが実証されている。後に続くエッチングステップのエッチング深度Ｅは５μｍであり、その結果、レーザパルスのエネルギー印加によって上述のパラメータに生成され、且つ、モーフォロジー的に影響を受ける領域１１は、完全に除去される。
【００６８】
さらなる重要点は、各窪み２１間、３１間の間隔である。例えば、図３ａに示したウェブ幅Ｓを窪み２１の間に有するウェブ、または、図３ｂに示したエッチングされたウェブ幅Ｓ’を有するウェブは、読み取り時の、マーキング２、３のコントラストに重要である。上述の一変形例では、隣接し合う円形の基本形をした窪み２１は、約３０μｍのウェブ幅を有している必要がある。エッチングステップによって、該ウェブは、基本的にエッチング深度Ｅの２倍分だけ短くなる。その結果、エッチングされたウェブ幅は、２０μｍで維持される。
【００６９】
図４は、図３ａ〜図３ｄに抜粋して説明した太陽電池製造の標準的な全プロセスについての概観を示す、フローチャート図である。
【００７０】
太陽電池製造時の第１のステップは、ロット供給装置Ａにおいて半導体ウェハの第１の分離工程を含み、後に続くプロセスステップ用の各ウェハを用意する。上記分離工程の前（変形例Ａ１）、または、ロット供給装置Ａにおける第１の分離工程の後（変形例Ａ２）に、ウェハから製造した太陽電池のレーザマーキング工程を行う。これに関連する拡大図は、図３ａである。いずれの場合にも、ウェハは、本来の第１のプロセスステップの前、ダメージエッチング工程Ｂの前に、マーキングがこのように製造された太陽電池の活性領域内に配置されるように刻印される。
【００７１】
図３ｂの図に対応するダメージエッチング工程Ｂは、例えば湿式化学バフ研磨法を含んでもよく、該研磨法では、ウェハの前面から、または、ウェハの背面から、材料を除去する。もちろん、太陽電池のレーザマーキングは、上述のように、湿式化学のプロセスステップによって破損されないように、または、ひどく阻害されないように行われる。この方法およびこれによって製造される太陽電池の好ましい一変形例では、図３ａの窪み２１内に示したエネルギー印加によって影響を受ける領域１１を、ダメージエッチング工程Ｂのエッチングステップによって除去するようになっている。
【００７２】
本来の第１のプロセスステップＢの前に、ロット供給装置Ａにおいて、太陽電池のマーキングが読み取られて、該太陽電池は識別される。第１の読み取り工程がマーキング工程の直後に行われているならば、ここでは、レーザマーキングユニットの機能を制御することも可能である。
【００７３】
その後、ウェハ本来のプロセスを、プロセスステップＣ〜Ｆにおいて行う。熱リン拡散工程Ｂによって、ｎ型ドーピングを生成し、ｐ型導電性の半導体ウェハの表面上に広範囲のｎｐ接合を生じさせる（図３ｃ参照）。拡散工程Ｂの後には、ウェハ表面上に、反射防止層をＳｉＮコーティングＤの形に堆積させる。このＳｉＮ層の上に、金属含有の銀ペーストによるシルクスクリーン工程Ｅを行って、特にフロントグリッド電極を形成する。該フロントグリッド電極は、加熱炉Ｆにおける熱処理によって、反射防止層Ｄを通ってｎ型ドープされた半導体層に接触するまで「完全に焼き上げられる」。この方法ステップの後、太陽電池製造プロセスは、実質的には完了する。
【００７４】
その後、品質管理のために、マーキングは、製造した太陽電池の機能を検査するテスタＧにおいて、もう一度読み取られる。これによって、製造した太陽電池を、該テスターによって算出されたデータに確実に関連づけすることが可能である。同時に、マーキングを読み取ることが不可能である太陽電池は、自動的に選り分けられて除去される。最終的に、太陽電池は、明確になった性能特徴に従って、様々な品質等級に等級分けされる。
【００７５】
もちろん、個々の太陽電池のマーキングを、プロセスの間、つまり２つのプロセスステップ間に、読み取ってもよい。これによって、一貫した追跡可能性を容易に実現すると共に、全製造プロセスの記録可能性を実現する。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
発明は、ここに記載した典型的なプロセスに限定されるものではなく、本方法の従属請求項の対象を利用する、他の製造プロセスをも対象としていることを強調しておく。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】太陽電池の第１の実施形態に係る活性領域５の一部を示す図である。
【図２】図１と比べて拡大した、太陽電池の第２の実施形態に係る活性領域５の一部を示す図である。
【図３ａ】まだ加工されていない半導体ウェハの表面の、隣接して配置された３つの窪み２１を示す、縮尺比に合致していない概略的な断面図である。
【図３ｂ】エッチングステップ後の、図３ａに係る隣接する３つの窪み２１を示す図である。
【図３ｃ】ＰＮ接合を形成するためにドーパントを内向拡散させるステップの後の、図３ａに係る隣接する窪み２１を示す図である。
【図３ｄ】図２に係る隣接する３つの窪みを、断面線ＩＩＩｄ−ＩＩＩｄに沿って切断した、縮尺比に合致していない概略的な断面図である。
【図４】図１〜図３ｄの記載に係る太陽電池を製造する方法ステップを、概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  太陽電池
１１  エネルギー印加によって影響を受ける領域（「熱影響域」）
１２  ドーピング領域
１３  反射防止層
２  ２次元データマトリクスコードであるマーキング
２１  窪み
３  ＯＣＲ読み取り可能な連続印であるマーキング
３１  窪み
４  導体配線
４ａ、４ｂ  中央導体配線４１ａ、４１ｂに隣接した導体配線
４１ａ、４１ｂ  中央導体配線
５  太陽電池１の活性領域
Ｃ  窪み２１の深度
Ｄ  ドーピング領域１２の拡散深度
Ｓ  エッチング工程前の窪み２１間の間隔
Ｓ’  エッチング工程後の窪み２１間の間隔
Ｗ  エッチング工程前の窪み２１の直径
Ｗ’  エッチング工程後の窪み２１の直径
Ｅ  等方性エッチング工程のエッチング深度
Ｚ  エネルギー印加によって影響を受ける領域１１の深度
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４】
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